專利名稱：電極的配置、用于制作電極的方法及其應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種在專利權利要求1的前述部分中提到的電極裝置。此外本發明還涉及在權利要求6的前述部分中提到的一種制作電極的方法。本發明也涉及電極的使用方法。
背景技術：
現在的陽極(電極)使采用電解的方法制作的。然而，這些電極具有相對短的使用壽命并且不容許長時間周期承受高電壓。在加工過程中，存在來自于陽極的沉淀，結果因此而受到腐蝕。這些陽極還完全暴露于液體流中所含的顆粒，這些顆粒導致(電極)受到機械磨損和劃傷。
陽極也是由純金屬或它們的合金制成，而且這些金屬不屬于貴金屬，但是在使用時它們迅速腐蝕，它們并不產生希望獲得的氧化劑，或者不能承受希望的電壓。
在使用中還存在另外一種鮮為人知的方法，這種方法包括將鉭、鉑、銥或者上述金屬的混合物軋制到0.015mm到0.035mm的厚度并將它們焊接到電極的芯部，該芯部由鈦、鋁或者銅制成。通過這種方法，應用摩擦焊。這些電極的使用壽命比采用電解的方法制作的電極的使用壽命更長。它們容許顯著更高的電壓(伏特)和電流密度(安培)。具有與電解工藝不同的這些優點，也就是，電壓從0到380V、電流從0到1000Amp，制造混合氧化劑，這些氧化劑具有極高的活性、強度以及單一氧化劑平衡基礎上氧化劑彼此功能平衡的可能性，這超過采用其它方法從陽極上制造的氧化劑的效果，并減小了氧化劑的不希望有的影響。
采用這種方法制作的局限是合金混合物中變量的數量。例如，我們知道多余20％銥的鉑/銥合金(Pt/Ir)難于軋制到希望獲得的厚度。迄今為止，我們知道這樣的合金可以被軋制到ca.33微米(0.033mm)。更高Ir濃度意味著甚至更大的難題，而且制作的金屬薄片通常易碎。還希望金屬薄片具有高的硬度以增加對磨損和劃傷的機械租力。同時，金屬薄片的厚度對于給定液體中在給定電壓(V)和安培數(A)條件下產生單一氧化劑的多少是決定性的。此外，我們還知道，例如，純鉑在技術上只能被軋制到15微米厚(0.015mm)。這種厚度下不能獲得氣密性的金屬薄片(多孔)。
發明內容
本發明的一個目的就是提供一種新的如上所述的電極結構，這種結構消除了現存電極中存在的所有缺點。
提供一種新的改善的方法也是本發明的一個目的，其中可以以簡單的方式制作比以前所知的電極具有更高使用性能的電極。
此外，本發明的一個目的就是提供電極的一種用途。
根據本發明的裝置、方法以及用途的特點在于在下面獨立權利要求的描述中可以發現的特征。
本發明的進一步特征還敘述于非獨立權利要求中。
根據本發明，提供了一種方法，這種方法給予其本身與不同金屬綁定在一起以制作可以用于采用電解的方法制作氧化劑和原子團混合物的陽極。
由其制作陽極或者薄片的芯部主要是鈦、或銅、或鋁、或銀或它們的合金，或者其它金屬/合金。尤其，最好是鈦或者鈦鈀合金。
上文中提到的芯部的外面被噴涂上一層或幾層不同合金的粉末。這種噴涂涂層中有代表性的金屬是100％的鉭或鉑或鈦或銥或由它們的混合物組成的合金。也可以應用其它貴金屬，如鈮、鉿、鋯、釕、鈀和銠或者這些金屬的混合物(合金)。
將上文中提到的金屬/合金的粉末，或者上文中提到的金屬的粉末的混合物噴涂到陽極上，噴涂采用受控氣氛等離子噴涂(指在氣體的置換氣氛中進行噴涂)、真空等離子噴涂(VPS)、低真空等離子噴涂(LVPS)或者低壓等離子噴涂(LPPS)等方法。
作為第一層，可以噴涂上鉭、鈮、鉿、鋯或是它們的混合物。其它層將是鉑、銠、銥、釕、鈀、鋯或者它們的混合物。
采用這種方法制作然后并用作陽極的電極，將具有很長的使用壽命，并將產生很強的混合氧化劑，這些氧化劑適合于液體中無機材料的氧化，液體中與顆粒結合的無機材料，對液體中氨和氰化物的破壞，以及對細菌、微生物和一些病毒的破壞。
本新方法的優點通過應用上文提到的真空等離子噴涂方法，可以獲得即使在極端條件和環境中使用時都具有很長使用壽命的電極。該電極容許高至380V和1000amp的電流，且表面上沒有可見的變形征兆。這基于如下事實將獲得與應用摩擦焊薄片能獲得的相同機械性質。
采用本發明的方法制作的陽極可以在長時間周期內經受高電壓，15V或更高。采用這種方法的優點就是將得到強氧化劑產品，如H2、Cl2、ClO3、O3、O2、H2O2、(OH)、(ClOH)、(O)，而且這也是希望得到的，因為這是平衡的相互影響的氧化劑，這些氧化劑使陽極的成分獨一無二。通過我們的方法這種平衡的范圍得以增大。例如，如果有時需要少量的Cl2和大量的O3以避免形成氯有機化合物。使用大厚度外層(Pl、Pl/Ir、Pl/Rh等)Cl2產量高。因此，在一定伏特數和安培數下O3產量更低。使用薄外層我們獲得相反的情況，實現O3的高產量和更低的Cl2產量。在大多數情況下希望獲得氧化劑的混合物，這種混合物幾乎提供完全的氧化，而且O3和羥基的存在消除了在過剩Cl2和未消耗的有機材料以不同形式存在的地方Cl2產生氯有機化合物的可能性。
采用我們的方法，這種平衡的范圍得以增大，事實是我們采用真空等離子噴涂技術獲得的無孔金屬涂層薄到0.007mm。對于純Pl，為了獲得無孔和氣密性的涂層，薄片的軋制限制到薄至0.015(mm)，這遠遠高于Pl/Ir合金。
同樣地，外層中金屬的混合物在機械影響的情況中對于磨損和劃傷是決定性的。
采用噴涂技術，沒有軋制技術和脆性的限制，我們可以在金屬中混合顯著更高的硬金屬如Ir和Rh對Pl的濃度。
作為實例，Pt/Rh和Pt/Ir合金已顯示非常有效，但是現在沒有人能夠將這種合金軋制到希望獲得的厚度。采用根據本發明的方法，當把金屬噴涂到芯部表面時就可以做到這一點。制作這些金屬時非常簡單的，因為這些金屬/合金在形成涂層之前時粉末狀的。
根據本發明本方法關于磨損和劃傷的機械性質更好。我們仍然可以降低到0.007mm的層厚度且仍然保持氧化劑制造的范圍。
電解時，陽極表面的面積對于效果是非常重要的。與采用軋制和電鍍方法相比，采用根據本發明的方法獲得極粗糙的表面。這在很大程度上增加了陽極與液體相接觸的面積，從而獲得顯著增加的氧化劑產量。在陽極上非導電物質污染的危險的情況中，可以在被用于槽中之前進行拋光。
另一個優點就是陽極可以被制作成附圖和附屬文字所示的任何希望獲得的形狀。陽極可以被做成管、星形、棒、圓盤、穿孔的螺旋等。
例如，使用具有鈦芯部的陽極，我們現在存在關于陽極可以是多長和多厚以及關于摩擦焊的形狀的限制。這對于由金屬電鍍制作的陽極不是問題，但對于由金屬電鍍制作的陽極其限制在于與芯部的機械結合以及耐久性和作用效果。采用根據本發明的方法，由于涂層方法的結果，制作的自由被顯著地增加，并且提供如下增加的可能性陽極與液體接觸的表面面積增大、關于磨損和劃傷的、液體/陽極接觸表面上的接觸時間和速率的流體動力學效果增強。同時，通過機械粘合、在所有層中沒有孔以及外層厚度上的變化以顧及最佳氧化劑產量的要求。
根據本發明的裝置將參照附圖在后面說明書中進行進一步解釋，其中實例1(圖1)所示為棒狀陽極和管狀陰極的橫截面，經由陰極管可以抽取液體。
實例2(圖2)所示為橫截面，橫截面上陰極是位于管內的棒，管是陽極。這里液體經由陽極抽取液體。銅外層具有分配電流的功能。
實例3(圖3)所示為薄片狀陽極的橫截面。
實例4(圖4)所示為涂覆材料的橫截面，以及這如何對與液體接觸的更大表面積產生貢獻。
具體實施例方式
如已提到的，陽極由鈦或銅或鋁或銀或鈦/鈀合金或另一種的導電金屬/合金制成。
根據應用目的，陽極在尺寸上可以各種各樣。
陽極可以具有由鈦或銅或鋁或銀或鈦/鈀合金或另一種的導電金屬/合金組成的芯部，該芯部具有噴涂涂覆的鉑或銠或銥或釕或鈀或鋯或它們的合金作為外層涂層。
陽極可以是空心的，也就是，管狀的，而且由上述金屬/合金組成，陽極中的外套上鋪設了更高導電性的材料層以傳導電流，而且在陽極內，內表面采用鉑或銠或銥或釕或鈀或鋯或它們的合金進行噴涂。陰極放置在管(陽極)的內部。
對陽極的芯部進行噴砂處理或噴玻璃處理以獲得粗糙表面。噴砂/噴玻璃之后對陽極內芯部材料的表面使用稀釋劑或酸進行化學清洗。必須如此以清除可能處于表面的污垢和油脂，以及從金屬上清除氧(也就是從表面上清除氧化物)。
進行清洗之后在真空室內對上述的表面層進行噴涂。
采用的噴涂方法是真空等離子噴涂，在陽極表面上所述噴涂形成細小顆粒的金屬層。
首先噴涂上第一層鉭或鈮或鋯或鉿或它們的合金。噴涂上厚度在0.005mm到0.050mm之間的一層。
噴涂上的另外一層將是鉑、銠、銥、釕、鈀、鋯或它們的合金。該層的厚度將在0.005mm到0.050mm的范圍內。
該方法的優點在于噴涂上的金屬/合金將不改變它們的性質而且獲得容許在電化學氧化過程中產生的極大應變的很硬的表面。該方法提供低至0.007mm厚的無孔表面和增加的活性面積(由于創造的粗糙表面)，而且還提供關于合金中使用金屬的選擇自由。
權利要求
1.一種電極裝置，電極由芯部和導電材料表面涂層組成，其特征在于表面涂層包括具有無孔表面的一層或者幾層，每層具有0.005mm到0.050mm的厚度，并采用噴涂制成，特別地，采用受控氣氛等離子噴涂方式也即在氣體的置換氣氛中進行噴涂的真空等離子噴涂技術、真空等離子噴涂、低真空等離子噴涂或者低壓等離子噴涂制成，優選的方法是真空等離子噴涂。
2.根據權利要求1的裝置，特征在于電極的芯部由鈦或銅或鋁或銀或鈦/鈀合金或其它導電金屬/合金制成。
3.根據權利要求1-2的裝置，特征在于電極的芯部涂覆第一層以及可能第二層鉭或鈮或鉿或鋯或它們的合金。
4.根據權利要求1的裝置，特征在于所述一層或者幾層具有0.007mm的厚度。
5.根據權利要求1的裝置，特征在于陽極的制作，陽極可以制成棒、板、管或任何形狀和尺寸。
6.一種制作包括芯部和導電材料表面涂層的電極的方法，特征在于采用噴涂，特別是采用受控氣氛等離子噴涂方式也即在氣體的置換氣氛中進行噴涂的真空等離子噴涂技術、真空等離子噴涂、低真空等離子噴涂或者低壓等離子噴涂，優選的方法是真空等離子噴涂，在芯部上制作表面涂層，該表面涂層的形式為具有0.005mm到0.050mm厚度的一層或幾層，特征在于提供具有無孔表面的層。
7.根據權利要求6的方法，特征在于材料以粉末的形式進行噴涂以形成具有粗糙表面輪廓的細小顆粒層。
8.根據權利要求6-7的方法，特征在于進行噴涂直到所述層或者多層具有0.007mm的厚度。
9.根據權利要求6-8的方法，特征在于芯部由鈦或銅或鋁或銀或鈦/鈀合金或另外的導電金屬/合金制成。
10.根據權利要求6-9的方法，特征在于噴涂上一層金屬層，所述金屬在鉭或鈮或鉿或鋯或它們的合金中選擇。
11.根據權利要求1-5的電極的用途，作為電解槽中的陽極，用于采用電解的方法制造氧化劑，用于氧化液體中的有機材料和液體中顆粒上的有機材料。
12.根據權利要求1-5的電極的用途，作為電解槽中的陽極，用于采用電解的方法制造氧化劑，用于氧化和破壞液體中的細菌、微生物和病毒。
全文摘要
公開了一種電極裝置，包括芯部和導電材料的表面涂層，而且其特征在于表面涂層由具有無孔表面的一層或幾層組成，每層厚度0.005mm到0.050mm，并采用噴涂技術制作，特別是真空等離子噴涂技術。
文檔編號C25B11/04GK1585837SQ02822342
公開日2005年2月23日 申請日期2002年10月8日 優先權日2001年10月10日
發明者阿托·曼德黑姆, 萊斯·克羅肯司 申請人:Oro公司